鄒 宇，何清平

（1.貴州天木智繪科技有限公司，貴州 貴陽(yáng)550007；2.貴州水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)551400）

無(wú)人機(jī)架構(gòu)的測(cè)量系統(tǒng)擁有凸顯的靈活優(yōu)勢(shì)，快速而且精準(zhǔn)，其能夠擺脫傳統(tǒng)測(cè)量多重的外在干擾，測(cè)量過(guò)程更加靈活，獲取數(shù)據(jù)的效率較傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)、航空攝影測(cè)量和遙感技術(shù)來(lái)說(shuō)更為快捷，獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量更為精準(zhǔn)[1]。近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)平臺(tái)的不斷建構(gòu)和完善，基于無(wú)人機(jī)低空航空攝影測(cè)量技術(shù)與遙感等在測(cè)繪諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)主要依靠野外調(diào)查、沉降觀測(cè)等傳統(tǒng)手段，結(jié)果雖然可靠，但具體的施工程序較為復(fù)雜，制約條件較多，而無(wú)人機(jī)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，其操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的不足，基于地理信息數(shù)據(jù)平臺(tái)可以對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施傳輸和分析，從而為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)提供一種更為先進(jìn)、便捷、快速的技術(shù)方法[2-4]。

1 無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)內(nèi)涵

無(wú)人機(jī)是通過(guò)無(wú)線電遙控設(shè)備或機(jī)載計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)進(jìn)行操控的不載人飛行器。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用成本較低、操作靈活，除了能夠完成傳統(tǒng)人機(jī)任務(wù)，更適用于傳統(tǒng)人機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù)，例如危險(xiǎn)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、空中救援指揮和環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)等[1]。隨著我國(guó)改革開(kāi)放的不斷深入，科學(xué)技術(shù)水平得到了空前提升，直接推動(dòng)了測(cè)繪地理信息行業(yè)的不斷發(fā)展，智能化水平更高、工作效率更高、可操作性和數(shù)據(jù)處理性更靈活的測(cè)繪裝備不斷得到創(chuàng)新和發(fā)展，無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)就是科技創(chuàng)新和發(fā)展的產(chǎn)物。無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)屬于近景航空攝影測(cè)量，其是基于無(wú)人機(jī)作為搭載平臺(tái)，機(jī)載航空攝影相機(jī)、數(shù)碼攝錄機(jī)等數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量與遙感設(shè)備進(jìn)行拍攝和記錄，利用地面無(wú)線電遙控設(shè)備或計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)、各類參數(shù)進(jìn)行控制和修正，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地面信息的調(diào)查和監(jiān)測(cè)，即無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量與遙感技術(shù)[5]。

無(wú)人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)可以分為空中控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)，空中控制系統(tǒng)包括無(wú)人機(jī)搭載平臺(tái)、攝影測(cè)量與遙感設(shè)備，以及攝影測(cè)量與遙感空中控制子系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量與遙感的數(shù)據(jù)獲取過(guò)程如下：（1）根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行飛行規(guī)劃和飛行參數(shù)設(shè)計(jì)；（2）按照預(yù)設(shè)規(guī)劃和參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)任務(wù)區(qū)域進(jìn)行無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量與遙感飛行；（3）通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備或5G數(shù)據(jù)信息傳輸通道收集和存儲(chǔ)地面信息、飛行姿態(tài)信息、各類控制系統(tǒng)信息等；（4）利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和分析，提取任務(wù)所需測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)。

圖1 無(wú)人機(jī)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作流程圖

2 無(wú)人機(jī)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法和流程

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)是通過(guò)運(yùn)用各種技術(shù)和方法，測(cè)量、監(jiān)視地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)以及各種誘發(fā)因素動(dòng)態(tài)變化的工作，即通過(guò)采集和獲取地質(zhì)災(zāi)害各要素空間關(guān)系及地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的特征、紋理、環(huán)境信息等，基于已有的數(shù)據(jù)資料，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性和危害性等進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)任務(wù)需求，以及無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)原理，可以將基于無(wú)人機(jī)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作分為數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)三個(gè)部分，見(jiàn)圖1[2，6]。數(shù)據(jù)獲取部分包括了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)任務(wù)的確定、任務(wù)分析及相關(guān)資料收集、實(shí)地勘探、飛行規(guī)劃和參數(shù)設(shè)計(jì)、無(wú)人機(jī)作業(yè)內(nèi)容。數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)的參數(shù)校正、空中三角測(cè)量、三維模型構(gòu)建、正射影像獲取等。數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)包括地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，以及基于已有相關(guān)資料信息對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)等內(nèi)容。無(wú)人機(jī)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)攝影測(cè)量易受云層遮擋影響的缺陷，為用戶提供高分辨率、低成本、實(shí)時(shí)性、可重復(fù)性的遙感影像信息，用戶可以通過(guò)無(wú)人機(jī)測(cè)量結(jié)果獲取多重高精度的參數(shù)和屬性信息，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)攝影測(cè)量與遙感高精度空間位置和高分辨率的影像信息不能兼得和融合的缺陷。

3 實(shí)例分析

無(wú)人機(jī)因其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有無(wú)法替代的位置：（1）其在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用具有空間便捷性和時(shí)效便攜性，能夠排除條件限制第一時(shí)間對(duì)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；（2）獲取的數(shù)據(jù)信息更為全面，精度更高，相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)可以同時(shí)獲取高精度的空間數(shù)據(jù)信息和全方位的高分辨率的影像信息。無(wú)人機(jī)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，在我國(guó)已經(jīng)有多項(xiàng)成功案例，最早的2008年汶川地震無(wú)人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害研究和監(jiān)測(cè)。2017年九寨溝地震之后的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，2019年重慶城口山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等[3-4]。本文基于已有無(wú)人機(jī)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)案例和數(shù)據(jù)對(duì)無(wú)人機(jī)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)獲取處理、精度等進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

3.1 某礦礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)

以某礦礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)實(shí)例為基礎(chǔ)，采用無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)搭載攝影測(cè)量與遙感設(shè)備，獲取了礦區(qū)范圍內(nèi)高于0.20m的低空數(shù)字影像，通過(guò)自動(dòng)操控和調(diào)節(jié)，影像航向和旁向重疊度達(dá)到了80%和50%，并生成了數(shù)字正射影像和影像空間模型[2]。對(duì)比傳統(tǒng)遙感影像，獲取的影像分辨率和精度更高，進(jìn)而反映的地面空間位置和屬性參數(shù)更為詳細(xì)，通過(guò)影像提取和分析，共計(jì)獲取了塌陷坑約43處，結(jié)合礦區(qū)已有下沉等值線，對(duì)礦區(qū)由于采煤沉陷造成的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了分區(qū)，對(duì)受影像區(qū)域內(nèi)的各種地物類型等進(jìn)行了劃分，并進(jìn)行了面積統(tǒng)計(jì)。

3.2 無(wú)人機(jī)滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)

以湖州市洞子門(mén)二期工程滑坡監(jiān)測(cè)為研究案例，區(qū)域內(nèi)地形以丘陵為主，高差90m，測(cè)區(qū)面積25km2[6]。根據(jù)監(jiān)測(cè)需求，在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)共布設(shè)了4個(gè)像控點(diǎn)，以及排11個(gè)邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)。采用四旋翼無(wú)人機(jī)搭載AMC536傾斜攝影平臺(tái)航攝，加裝地形匹配系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為了確保獲取數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測(cè)區(qū)域全覆蓋，在已有方案基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加了外擴(kuò)區(qū)域。獲取的傾斜攝影測(cè)量原始影響數(shù)據(jù)分辨率優(yōu)于7mm，圖像輻射分辨率為24bit，飽和度等級(jí)優(yōu)于10級(jí)，色彩還原真實(shí)準(zhǔn)確，區(qū)域色調(diào)一致。通過(guò)數(shù)據(jù)處理和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)提取，對(duì)無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息與已有數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比得出，無(wú)人機(jī)獲取的坐標(biāo)信息中水平位移中誤差為16mm，垂直位移中誤差為28mm，完全滿足滑坡監(jiān)測(cè)的需求。基于無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以清晰辨別存在滑坡隱患的區(qū)域范圍，以及滑坡隱患的土質(zhì)類型和信息。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，可以充分發(fā)揮其空間獲取能力，能夠?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害分析提供高精度高分辨率、實(shí)時(shí)性的影像數(shù)據(jù)信息，避免因人工判讀和調(diào)查的主觀誤差，獲取的數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確度和可信度更高，在很大程度上能夠提升地質(zhì)災(zāi)害分析評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。但無(wú)人機(jī)系統(tǒng)是一種集成的應(yīng)用系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)過(guò)程是人員的操控過(guò)程，人員的專業(yè)素質(zhì)和操控水平等都直接影響了無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)結(jié)果的精度。所以，為了保證監(jiān)測(cè)結(jié)果精度，應(yīng)當(dāng)從人員素質(zhì)提升、無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)操控系統(tǒng)智能化、觀測(cè)方法靈活化等多方面著手。